生物化学_08 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢.ppt

第八章蛋白质的酶促降解和AA的代谢,本章着重讨论蛋白质在机体内的降解，氨基酸的分解和合成的共同代谢途径。在了解蛋白质代谢基本规律的基础上，要求掌握蛋白质分解的主要酶类，氨基酸分解和合成的主要共同代谢途径。,目录,第一节蛋白质的酶促降解,第二节AA的分解与转化,第三节AA的生物合成,第一节蛋白质的酶促降解,食物中摄取的蛋白质组成机体细胞的蛋白质水解酶细胞内合成的蛋白质,肽酶、蛋白酶,一、蛋白质水解酶的种类和专一性（一）、肽酶（Peptidase）（二）、蛋白酶(Proteinase),AA,（一）、肽酶,1、概念：肽酶：肽链外切酶，可分别从多肽链的游离羧基端或游离氨基端逐个水解AA的酶。,2、肽酶的种类和专一性,编号名称作用特征,3、4、11,3、4、13,-氨酰肽水解酶,(-aminoacylpeptidehydrolase),作用于多肽链的N-末端,-羧肽水解酶,(-carboxylpeptidehydrolase),作用于多肽链的C-末端,3、4、14,二羧肽水解酶,(dipeptidehydrolase),水解二肽,（二）、蛋白酶,1、概念：蛋白酶又称肽链内切酶，它能水解肽链内部的肽键，使蛋白质多肽链水解为许多小肽段。,编号名称作用特征实例,3、4、2、1,3、4、2、2,丝氨酸蛋白酶类,活性中心含Ser,3、4、2、3,3、4、2、4,半胱氨酸蛋白酶类,活性中心含Cys,天冬氨酸蛋白酶类,活性中心含Asp,最适pH在5以下,金属蛋白酶类,活性中心含有Zn2+、Mg2+等,胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶凝血酶,木瓜蛋白酶无花果蛋白酶菠萝酶,胃蛋白酶凝乳酶,枯草杆菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶,2、蛋白酶的种类和专一性,嗜热菌蛋白酶,芳香族AA,3、几种蛋白酶的专一性,OOOOCNCHCNCHCNCHCNCHCOOHHR5HR6HR7HRnMet,碱性AALysArg,胰蛋白酶,溴化氰,羧肽酶,回首页,3、几种蛋白酶的专一性,二、细胞内蛋白质降解途径（一）、溶酶体途径:无选择地降解蛋白质。（二）、泛肽（ubiquitin）途径:有选择性地降解被标记的蛋白质。,泛肽:真核细胞内普遍存在的一种8.5kDa,76氨基酸残基,与被降解蛋白质共价结合的小肽。,(二）、蛋白质降解的泛肽途径,E1-SH,E1-SH,E2-SH,E2-SH,ATPAMP+PPi,E3,多泛肽化蛋白,ATP,26S蛋白酶体,20S蛋白酶体,ATP,19S调节亚基,去折叠,水解,E1：泛肽激活酶E2：泛肽载体蛋白E3：泛肽-蛋白质连接酶,（ubiquitin）,第二节AA的分解与转化,一、氨基酸的脱氨基作用,（四）、非氧化脱氨基作用（五）、脱酰胺基作用,（一）、氧化脱氨基作用,（二）、转氨基作用,(三）、联合脱氨基作用,（一）、氧化脱氨基作用,氧化脱氨基作用：氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的-酮酸的过程。主要有以下两种类型：,（二）、转氨基作用,转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）,在转氨酶的催化下，一个-氨基酸的氨基转移到另一个-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的-氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应的-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。,-氨基酸,磷酸吡哆醛,醛亚胺,酮亚胺,磷酸吡哆胺,磷酸吡哆醛的作用机理,-酮酸,互变异构,谷丙转氨酶和谷草转氨酶,谷丙转氨酶（GPT）,谷草转氨酶(GOT),（三）、联合脱氨基作用,1、概念,2、类型,a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联,b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,方式一：转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联。,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,H20+NAD+,NH3+NADH,-酮酸,-氨基酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,方式二：转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,（四）、非氧化脱氨基作用：,1、直接脱氨基作用：苯丙氨酸解氨酶（PAL）,2、还原脱氨基作用,3、脱水脱氨基作用,（五）、脱酰胺基作用,二、脱羧基作用,氨基酸在脱羧酶催化下,发生脱羧基,形成胺类化合物的反应。辅酶是磷酸吡哆醛。,（一）、直接脱羧基作用,Ser的脱羧,Glu脱羧,Lys、鸟氨酸的脱羧,Tyr在酪氨酸酶作用下发生羟化生成多巴,氧化成黑色素。多巴脱羧生成多巴胺。在植物体内可以由这二个化合物转变成生物碱、吗啡、秋水仙碱植物加倍,抑制细胞的有丝分裂。,（二）、羟化脱羧基：,（三）、氧化脱羧基脱氨基：,1、氨基酸的茚三酮反应。2、色氨酸的氧化脱氨基脱羧基。,三、AA降解产物的去向,（一）、氨的代谢转变在正常情况下细胞中游离氨浓度非常低。1、重新合成AA：不能增加AA数量，能改变AA种类。2、生成酰胺：酰胺是生物体贮藏和运输氨的主要形式；解除氨毒。,3、生成铵盐：保证细胞内正常的pH。,4、经鸟氨酸循环，合成尿素，排出体外。在哺乳动物体内，氨的主要去路是在肝脏中合成尿素并随尿排出体外。,在植物体内也有尿素的生成，植物体中含有脲酶，能将尿素水解：,生成的氨可再循环利用。,（二）-酮酸的代谢转变,1、还原氨基化:合成新AA。2、转变为糖和脂肪。生糖AA：分解生成丙酮酸和TCA循环的有机酸,通过糖异生作用转化为糖。生酮AA：代谢终产物为乙酰CoA或乙酰乙酰CoA的AA。（只有Leu、Lys是纯粹的生酮AA）。3、氧化为CO2和H2O。,碳骨架的氧化（肝脏中）,（三）脱羧产物的转化：,胺：生理活性物质。Lys尸胺（戊二胺）鸟AA腐胺（丁二胺）精胺、亚精胺Trp色胺吲哚乙酸,返回,小结：,第三节氨基酸的生物合成,（一）氨的来源1、生物固氮某些微生物，在常温常压下，将N2转变为NH3的过程。,自然界的氮素循环,硝酸盐,亚硝酸,NH3,生物固氮,工业固氮,固氮生物,动植物,硝酸盐还原,大气固氮,大气氮素,岩浆源的固定氮,火成岩,反硝化作用,氧化亚氮,蛋白质,入地下水,动植物废物死的有机体,不需高温高压，节约能源，不污染环境；生物固氮可以为农作物提供氮肥（2）固氮酶结构（多功能酶）：铁蛋白+钼铁蛋白二者结合才有活性（3）固氮酶催化的反应及反应条件,（1）意义：,反应条件：A、电子供体NADPHB、ATP还原1molN2需消耗12molATPC、厌氧环境固氮酶对O2十分敏感，要求在严格的厌氧环境下才能固氮,在植物体内N是以NH3进入AA的，而植物从土壤中吸收的主要是硝酸盐。,硝酸还原主要在叶中进行，但在种子萌发初期或缺N的情况下，主要在根中进行。,2、硝酸盐的还原作用,（1）NR（硝酸还原酶）,（2）NiR（亚硝酸还原酶）,（二）-酮酸的来源1、来自糖代谢：Pyr、OAA、-Kg。2、来自GAC：CHOCOOH。3、来自脂类代谢。,3、分解代谢产生的NH3,（三）氨的同化（氨基化作用）,1、Glu合成途径（1）Glu脱氢酶途径（异养真核生物）,GDH对NH3的亲和力低，反应要求较高的NH3。,（2）GSGOGAT途径（高等绿色植物）GS：谷氨酰胺合成E；GOGAT：谷氨酸合E,2、氨甲酰磷酸的合成,在植物体内，氨甲酰磷酸中的NH3来自Gln。,三、各族AA的合成不同生物合成AA的能力不同。动物不能合成全部二十种AA，其中，在动物体内不能自身合成，必须由食物供给的AA称“必需AA”。,CO2+H2O,戊糖磷酸途径,葡萄糖,葡糖-6-磷酸,3磷酸-甘油酸,丙酮酸,三羧酸循环乙醛酸循环,核糖-5-磷酸,酵解,组氨酸,色氨酸苯丙氨酸酪氨酸,丝氨酸半胱氨酸甘氨酸,亮氨酸异亮氨酸缬氨酸丙氨酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸,微生物和植物可以合成所有类型氨基酸。,谷氨酸谷氨酰胺赖氨酸精氨酸脯氨酸,根据AA合成的碳架来源不同，可将AA分为若干族。每一族中的AA有共同的碳架来源。,碳架来源：光呼吸乙醇酸途径形成的乙醛酸或EMP途径生成的3-PGA。成员：GlySerCys,2、丝氨酸族,3、天冬氨酸族碳架来源：TCA的OAA成员：AspAsnLysThrIleMet,4、谷氨酸族,碳架来源：TCA的a-酮戊二酸成员：GluGlnProArg,5、组氨酸和芳香氨基酸族,His的碳架来源：PPP的核糖-5-磷酸芳香AA族：PPP的4-磷酸赤藓糖（E-4-P）和EMP的PEP。成员：HisPheTyrTrp,莽草酸途径,光合作用呼吸作用CO2葡萄糖乙醇酸EMPPPP磷酸核糖His乙醛酸3-磷酸甘油酸磷酸赤藓糖Gly莽草酸SerAlaPEPTrpPheTyrCysVal丙酮酸Leu草酰乙酸TCAAsna-酮戊二酸GlnAspGluLysThrMetArgProIle,二十种氨基酸的生物合成概况,谷氨酸族,天冬氨酸族,丙氨酸族,丝氨酸族,His和芳香族,四、SO42还原产生(Cys),Cys的合成反应中，有硫化物的参与，此处的硫化物是由硫酸还原而成。1、SO42的活化SO42+ATPATP硫化酶APS+PPiAPS+ATP激酶PAPS+ADP,OOHOSOPOCH2OAAPSOOHOHOHPPAPSAPS：腺苷酰硫酸PAPS：磷酸腺苷酰硫酸,2、还原,载体SH载体SHOSH